基于ARM簡單嵌入式WEB服務(wù)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、摘 要工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是為了學(xué)生能夠更好地鞏固和實(shí)踐所學(xué)專業(yè)知識而設(shè)置的，在本次工程實(shí)踐中，我們以ARM體系結(jié)構(gòu)與編程課程中所學(xué)知識為基礎(chǔ)，對基于ARM的簡單嵌入式WEB服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行了簡單設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)利用ARM 自帶的WEB服務(wù)器技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對嵌入式WEB服務(wù)器系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)。該技術(shù)基于WEB服務(wù)器之上，且用嵌入式WEB服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)對于網(wǎng)絡(luò)的訪問。本設(shè)計(jì)說明重點(diǎn)介紹了如下幾方面的內(nèi)容：1）基于嵌入式WEB服務(wù)器的HTTP協(xié)議；12）Linux 下的signal()函數(shù)的使用；3）嵌入式WEB服務(wù)器的工作原理；4）ARM開發(fā)板上的SOCKET網(wǎng)絡(luò)編程。關(guān)鍵詞：ARM體系；嵌入式WEB服務(wù)器；H

2、TTP協(xié)議 ；SOCKET網(wǎng)絡(luò)編程。 目錄第一章 緒論31.1課題簡介31.2設(shè)計(jì)目的31.3設(shè)計(jì)內(nèi)容31.4 設(shè)計(jì)用途3第二章 嵌入式WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)原理簡介42.1 需求說明42.2 功能需求詳細(xì)說明42.3 數(shù)據(jù)流圖（DFD）62.4 數(shù)據(jù)需求6第三章 嵌入式WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)流程73.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖73.2 整體結(jié)構(gòu)圖說明73.3 連接處理模塊83.4功能分配8第四章 嵌入式WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)程序分析及實(shí)踐104.1 程序設(shè)計(jì)104.2程序分析114.3 實(shí)驗(yàn)步驟15參考文獻(xiàn)17第一章 緒論1.1課題簡介隨著后PC時(shí)代的到來，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成為了一個(gè)萬眾矚目的焦點(diǎn)。目前已廣泛應(yīng)用于信息

3、家電、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天等眾多領(lǐng)域。巨大的市場潛力，無窮的商機(jī)，吸引了各路英豪紛踵沓來。ARM單片機(jī)技術(shù)由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力和流量也都是常用的被控參數(shù)。ARM單片機(jī)控制嵌入式WEB服務(wù)器系統(tǒng)，是利用ARM作為系統(tǒng)的主控制器，由linux下的vi編程，來實(shí)現(xiàn)對于嵌入式WEB服務(wù)器的訪問。本設(shè)計(jì)采用ARM技術(shù)，其具有集成度高，運(yùn)算快速快，體積小、運(yùn)行可靠，價(jià)值低廉的特點(diǎn)，適宜于絕大多數(shù)的控制過程。鑒于這樣的重要性,我們打算設(shè)計(jì)一種基于ARM的嵌入式服務(wù)器系統(tǒng)。1.2設(shè)計(jì)目的通過本次工程實(shí)踐，運(yùn)

4、用ARM體系結(jié)構(gòu)與編程所學(xué)知識及查閱相關(guān)資料，完成嵌入式WEB服務(wù)器的設(shè)計(jì)，達(dá)到理論知識與實(shí)踐更好結(jié)合、提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識和設(shè)計(jì)能力的目的。通過本次設(shè)計(jì)訓(xùn)練，可以使我們在基本思路和基本方法上對基于ARM的設(shè)計(jì)有一個(gè)比較感性的認(rèn)識，并具備一定程度的設(shè)計(jì)能力。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容熟知嵌入式WEB服務(wù)器的工作原理、SOCKET網(wǎng)絡(luò)編程。使用Redhat Linux 9.0 操作系統(tǒng)環(huán)境及ARM 編譯器，編譯WEB服務(wù)器的驅(qū)動(dòng)模塊和應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)嵌入式WEB服務(wù)器的設(shè)計(jì)。1.4 設(shè)計(jì)用途學(xué)習(xí)使用SOCKET進(jìn)行通訊編程的過程，了解一個(gè)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用程序整體設(shè)計(jì)， 讀懂HTTPD.C 源代碼。在此基礎(chǔ)上

5、增加一些其他功能。在PC計(jì)算機(jī)上使用瀏覽器測試嵌入式WEB服務(wù)器的功能。第二章 嵌入式WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)原理簡介2.1 需求說明圖2.1 嵌入式WEB服務(wù)器需求說明2.2 功能需求詳細(xì)說明1）獲取服務(wù)器當(dāng)前目錄文件列表將服務(wù)器當(dāng)前目錄下所有文件的信息發(fā)送給客戶端，信息包括：文件名、大小、日期。2）獲取指定文件將客戶請求的文件發(fā)送給客戶。3）獲取HTML 類型文件將客戶請求的HTML 類型文件發(fā)送給客戶。4）獲取純文本文件將客戶請求的純文本發(fā)送給客戶。5）獲取JPG 圖像文件將客戶請求的JPG 圖像文件發(fā)送給客戶。6）獲取GIF 圖像文件將客戶請求的GIF 圖像文件發(fā)送給客戶。7）解析用戶請求分析

6、客戶的請求，將請求信息解析為幾個(gè)變量，包括：請求的命令、請求的文件名、請求的文件類型。2.3 數(shù)據(jù)流圖（DFD）圖2.2 數(shù)據(jù)流圖（DFD）2.4 數(shù)據(jù)需求回應(yīng)HTTP協(xié)議數(shù)據(jù)頭格式要求，如表2.1 所示：表2.1 HTTP 協(xié)議數(shù)據(jù)頭格式行號字段內(nèi)容舉例1狀態(tài)行HTTP/1.0 200 OK2文件類型Content-type: text/html3服務(wù)器信息Server: ARMLinux-httpd 4是否過期Expires: 0第三章 嵌入式WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)流程3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 整體結(jié)構(gòu)圖說明主程序：建立TCP 類型SOCKET 在80 端口進(jìn)行監(jiān)聽連接請求。

7、接收到連接請求，將請求傳送給連接處理模塊處理。并繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)聽。3.3 連接處理模塊圖3.2 連接處理模塊3.4功能分配1）發(fā)送當(dāng)前目錄文件列表信息將服務(wù)器當(dāng)前目錄下所有文件的信息發(fā)送給客戶端，信息包括：文件名、大小、日期。2）發(fā)送HTML 類型文件將客戶請求的HTML 類型文件發(fā)送給客戶。3）發(fā)送純文本文件將客戶請求的純文本發(fā)送給客戶。4）發(fā)送JPG 圖像文件將客戶請求的JPG 圖像文件發(fā)送給客戶。5）發(fā)送GIF 圖像文件將客戶請求的GIF 圖像文件發(fā)送給客戶。6）解析客戶請求HTTP 協(xié)議頭分析客戶的請求，包括：1. 空格處理2. 解析客戶請求命令3. 解析客戶請求的資源名4. 解析客戶請求

8、的資源類型。7）客戶連接處理解析Referrer 和content_length 字段值并調(diào)用客戶請求解析函數(shù)。8）發(fā)送HTTP 協(xié)議數(shù)據(jù)頭根據(jù)發(fā)送文件類型發(fā)送相應(yīng)的HTTP 協(xié)議頭信息。第四章 嵌入式WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)程序分析及實(shí)踐4.1 程序設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)客戶連接處理函數(shù)名：int HandleConnect(int fd)參數(shù)：客戶連接文件描述字、解析客戶請求函數(shù)名：int ParseReq(FILE *f, char *r)參數(shù)：參數(shù)1：文件流FILE 結(jié)構(gòu)指針，用于表示客戶連接的文件流指針。參數(shù)2：字符串指針，待解析的字符串。、發(fā)送HTTP協(xié)議數(shù)據(jù)頭函數(shù)名：int PrintHeade

9、r(FILE *f, int content_type)參數(shù)：參數(shù)1：文件流FILE 結(jié)構(gòu)指針，用于表示客戶連接的文件流指針。用于寫入HTTP協(xié)議數(shù)據(jù)頭信息。參數(shù)2：信息類型，用于確定發(fā)送的HTTP 協(xié)議數(shù)據(jù)頭信息。、發(fā)送當(dāng)前目錄文件列表信息函數(shù)名：int DoDir(FILE *f, char *name)參數(shù)：參數(shù)1：文件流FILE 結(jié)構(gòu)指針，用于表示客戶連接的文件流指針。用于寫入目錄文件信息數(shù)據(jù)。參數(shù)2：目錄名，表示客戶請求的目錄信息。、發(fā)送HTML文件內(nèi)容函數(shù)名：int DoHTML(FILE *f, char *name)參數(shù)：參數(shù)1：文件流FILE 結(jié)構(gòu)指針，用于表示客戶連接的文件

10、流指針。用于寫入文件信息數(shù)據(jù)。參數(shù)2：客戶請求的文件名。、發(fā)送純文本（TXT）文件內(nèi)容函數(shù)名：int DoText(FILE *f, char *name)參數(shù)：參數(shù)1：文件流FILE 結(jié)構(gòu)指針，用于表示客戶連接的文件流指針。用于寫入文件信息數(shù)據(jù)。參數(shù)2：客戶請求的文件名。、發(fā)送JPEG圖像文件內(nèi)容函數(shù)名：int DoJpeg(FILE *f, char *name)參數(shù)：參數(shù)1：文件流FILE 結(jié)構(gòu)指針，用于表示客戶連接的文件流指針。用于寫入文件信息數(shù)據(jù)。參數(shù)2：客戶請求的文件名。、發(fā)送GIF圖像文件內(nèi)容函數(shù)名：int DoGif(FILE *f, char *name)參數(shù)：參數(shù)1：文件流

11、FILE 結(jié)構(gòu)指針，用于表示客戶連接的文件流指針。用于寫入文件信息數(shù)據(jù)。參數(shù)2：客戶請求的文件名。4.2程序分析、主程序設(shè)計(jì)1）功能說明系統(tǒng)的總?cè)肟?，也是系統(tǒng)的主要控制函數(shù)。分別完成如下功能：􀂋建立環(huán)境設(shè)置。􀂋設(shè)置信號處理方式。􀂋建立偵聽TCP 流方式SOCKET 并綁定80 端口。􀂋建立連接偵聽及客戶連接處理調(diào)用主循環(huán)。2）算法流程圖算法流程圖如圖4.1所示：圖4.1 主程序數(shù)據(jù)流程圖3）命令行輸入處理用戶在命令行輸入?yún)?shù) -i ,則將客戶輸入文件描述字設(shè)為0，即標(biāo)準(zhǔn)輸入。用于在本機(jī)進(jìn)行測試。其他輸入全部忽略。4.2.2

12、、客戶連接處理模塊設(shè)計(jì)1）功能說明用于初步處理客戶的連接請求，并將請求信息傳遞給客戶請求解析函數(shù)處理。2） 算法算法流程圖如圖2.2所示：圖4.2 客戶連接處理模塊數(shù)據(jù)流程圖4.2.3、客戶請求解析處理模塊設(shè)計(jì)1）功能說明用于解析客戶的請求，并根據(jù)請求信息調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行請求處理。2）算法算法流程圖如圖2.3所示：圖4.3 客戶請求解析處理模塊數(shù)據(jù)流程圖4.2.4、發(fā)送HTTP協(xié)議數(shù)據(jù)頭模塊設(shè)計(jì)1）功能說明根據(jù)參數(shù)的不同，發(fā)送不同的HTTP 協(xié)議頭信息。2）算法函數(shù)定義為：int PrintHeader(FILE *f, int content_type)􀂗發(fā)送請求成功信息

13、：HTTP/1.0 200 OK。􀂗根據(jù)文檔類型發(fā)送相應(yīng)的信息：fprintf()，函數(shù)中的第一個(gè)參數(shù)f 為客戶連接文件流句柄。switch (content_type)case 't':fprintf(f,"Content-type: text/plainn");break;case 'g':fprintf(f,"Content-type: image/gifn");break;case 'j':fprintf(f,"Content-type: image/jpegn"

14、;);break;case 'h':fprintf(f,"Content-type: text/htmln");break;發(fā)送服務(wù)器信息：fprintf(f,"Server: AMRLinux-httpd n");發(fā)送文件過期為永不過期：fprintf(f,"Expires: 0n");4.3 實(shí)驗(yàn)步驟4.3.1、閱讀理解源碼進(jìn)入/arm2410s/exp/basic/09_httpd 目錄，使用vi 編輯器或其他編輯器閱讀理解源代碼4.3.2、編譯應(yīng)用程序運(yùn)行make 產(chǎn)生可執(zhí)行文件httpdrootzxt /#

15、cd /arm2410s/exp/basic/09_httpd/rootzxt 09_httpd# makearmv4l-unknown-linux-gcc -DHTTPD_DOCUMENT_ROOT="/mnt/yaffs" -c -o httpd.o httpd.carmv4l-unknown-linux-gcc -DHTTPD_DOCUMENT_ROOT="/mnt/yaffs" -c -o copy.carmv4l-unknown-linux-gcc -o ./bin/httpd httpd.o copy.o -lpthreadarmv4l-un

16、known-linux-gcc -o httpd httpd.o copy.o -lpthreadrootzxt 09_httpd# lscopy.c doc httpd httpd.o Makefilecopy.o Google httpd.c index.html Makefile.bak4.3.3、下載調(diào)試使用NFS 服務(wù)方式將HTTPD 下載到開發(fā)板上，并拷貝測試用的網(wǎng)頁進(jìn)行調(diào)試，本例中用的是index 測試網(wǎng)頁。/mnt/yaffscd /host/exp/basic/09_httpd/host/exp/basic/09_httpd./httpdstarting httpd.press q to quit.wait for connection.4.3.4、本機(jī)測試在臺式機(jī)的瀏覽器中輸入http：/11（111 為UP-AMR2410-S 實(shí)驗(yàn)板的IP地址），觀察